托葉出現(xiàn)在葉柄的基部，由于生長停滯可能保持不明顯，例如在有毛的苦味中(左)。這些不同的生長模式依賴于LMI1基因，導(dǎo)致生長停滯。當(dāng)LMI1突變時(shí)，托葉長出另一片葉子(中間)。同一基因負(fù)責(zé)卷須的生長停滯——豌豆葉尖的線性結(jié)構(gòu)(右)。這是因?yàn)長MI在豌豆的葉尖而不是托葉中是活躍的，托葉形成大的光合器官。
秋天，不僅有醒目的顏色，還有不同大小和形狀的樹葉。但是是什么讓不同植物的葉子形狀如此不同呢？科隆馬克斯普朗克植物育種研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種叫做LMI1的蛋白質(zhì)是如何控制葉子的生長和形狀的。
馬克斯普朗克研究所所長、米爾托斯齊桑茨實(shí)驗(yàn)室的弗朗切斯科武洛(Francesco Vuolo)和他的同事們正在研究人們?cè)谧匀唤缰锌梢钥吹降牧钊搜刍潄y的葉子形狀變化的機(jī)制。最近，他們開始研究鮮為人知的葉子部分，叫做托葉。這些生長物在發(fā)育過程中形成于葉片的基部，它們的大小和功能在不同的植物種類中有很大的不同。在模式植物擬南芥中，成熟的托葉仍然很小，盡管它們構(gòu)成幼葉的重要部分。在其他植物中，如豌豆，托葉形成了大部分的葉子。
利用遺傳學(xué)、顯微鏡和數(shù)學(xué)模型的結(jié)合，他們可以證明LMI1使托葉保持小。如果蛋白質(zhì)是在葉片發(fā)育過程中在細(xì)胞中產(chǎn)生的，它只會(huì)繼續(xù)生長而不是分裂。這種成熟的細(xì)胞形式可以阻止細(xì)胞發(fā)展成其他細(xì)胞類型，并限制可用于進(jìn)一步組織生長的細(xì)胞庫。雖然細(xì)胞生長在早期階段會(huì)增加，但這反過來會(huì)縮小最終器官的大小?！半m然細(xì)胞很大，但葉子仍然很小，”Vuolo解釋說。
LMI1在其他植物的葉片形態(tài)調(diào)節(jié)中也起著決定性的作用。研究小組發(fā)現(xiàn)，LMI1不是在豌豆植株的大葉狀托葉中產(chǎn)生的，而是在豌豆葉片的上部，在那里形成了一種叫做卷須的線性攀援器官。“卷須中的細(xì)胞也會(huì)變得更大，分裂更少，”Vuolo說。因此，豌豆葉片中LMI1代的模式可能是其特征形狀的原因，頂端為線狀卷須，基部為大托葉。
這些重要發(fā)現(xiàn)揭示了托葉的發(fā)育起源，表明它們實(shí)際上是被LMI1維持在抑制狀態(tài)的神秘葉片。托葉、葉子和卷須等不同的植物部分是如何相互關(guān)聯(lián)的，這個(gè)問題一直困擾著英國自然科學(xué)家查爾斯達(dá)爾文，他在1865年寫了一篇關(guān)于它們的文章。因此，本研究解決了植物形態(tài)學(xué)長期存在的問題和新問題。方法研究生長在葉片形態(tài)進(jìn)化中的作用?！翱傆幸惶?，它們可以為培育能改善葉子或其他器官的新農(nóng)業(yè)植物品種做出貢獻(xiàn)。例如，我們正在研究LMI1蛋白作為一種重要的農(nóng)業(yè)特征在番茄果實(shí)生長中的作用，”Tsiantis說。
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